Što je L0 predmemorija?

CPU-i su nevjerojatno složene zvijeri. Postoji mnogo međusobno povezanih dijelova koji svi moraju raditi u savršenom skladu kako bi postigli razine performansi koje vidimo. Jedna od ključnih značajki CPU-a je predmemorija. To nije upadljiva značajka. Ne oglašava se tako dobro kao broj jezgri ili vršna frekvencija pojačanja. Ipak, to je ključno za performanse.

Zašto predmemorija?

Moderni procesori su nevjerojatno brzi. Izvode više od pet milijardi operacija svake sekunde. Teško je održavati CPU napunjen podacima kada radi tako brzo. RAM ima dovoljno kapaciteta za opskrbu procesora podacima. Može čak prenositi podatke svake sekunde, zahvaljujući vrlo velikim propusnostima. No, to nije problem. Problem je latencija.

RAM može reagirati vrlo brzo. Problem je u tome što je "vrlo brzo" dugo vrijeme kada radite pet milijardi stvari svake sekunde. Čak i najbrži RAM ima kašnjenje iznad 60 nanosekundi. Opet, 60 nanosekundi zvuči kao da nema vremena. Problem je u tome što kad bi CPU radio na 1 GHz, trebalo bi mu 1 ns da dovrši ciklus. S vrhunskim procesorima koji postižu 5,7 GHz, to je jedan ciklus svakih 175 pikosekundi. Kako sada izgleda tih 60 nanosekundi latencije? To je 342 ciklusa latencije.

Takva vrsta kašnjenja bila bi ubojita za bilo koju izvedbu CPU-a. Da bi se to zaobišlo, koristi se predmemorija. Predmemorija se nalazi na samom procesoru. Također je puno manji od RAM-a i koristi drugačiju strukturu, SRAM umjesto DRAM-a. To ga čini puno bržim za reagiranje od glavnog RAM-a sustava. Predmemorija je obično višeslojna, s L1, L2 i L3 koji se koriste za označavanje razina koje su sve dalje i dalje od CPU jezgri. Niže razine su brže, ali manje. L1 može imati latenciju od četiri ili pet ciklusa takta, mnogo bolje od 342.

Ali neki procesori spominju L0?

Terminologija za L1, L2 i L3 prilično je standardna. Neodređeno razumijevanje onoga što oni znače i rade relativno je uobičajeno, čak i kod dobavljača CPU-a. To je zato što njima upravlja materijalna i električna fizika; ne može se puno promijeniti. Možete imati brzu predmemoriju ili veliku predmemoriju, ne oboje. Mora biti veći ako predmemoriju dijelite između više jezgri. U tu svrhu, L1 i L2 obično su specifični za jezgru. Veća L3 predmemorija obično se dijeli između nekih ili svih jezgri na CPU-u ili čipletu.

Kao što vjerojatno možete pogoditi, L0 je povezan s predmemoriranjem, ali je naknadno ubačen u shemu imenovanja. No, ne pomaže razumjeti što to znači. Neke stvari ipak vjerojatno možete pogoditi. Bit će ograničen na jednu jezgru, bit će malen i bit će brz. Drugi naziv pod kojim ide može malo pomoći; to je mikro-op cache.

Umjesto predmemoriranja podataka iz memorije ili potpunih instrukcija, L0 predmemorira mikro-operacije. Kao što smo nedavno opisali , mikrooperacija je značajka modernih procesora. Instrukcije u x86 i drugim ISA-ovima su velike, složene i zahtjevne za učinkovito uklapanje u cjevovod. Možete ih puno učinkovitije razložiti ako ih rastavite na sastavne mikrooperacije. U nekim slučajevima možete čak grupirati više mikro-operacija, čak i iz različitih uputa, u jednu mikro-operaciju postižući i poboljšanje performansi i smanjenje snage.

CPU arhitektura i Micro-Op Cache

Da bi izvršio instrukciju, moderni CPU je dekodira. To uključuje dijeljenje instrukcija u sastavne mikro-operacije i određivanje memorijskih lokacija koje bi trebale biti navedene. Mnogi softveri redovito koriste slične funkcije i često mogu ponovno koristiti isti kod u petlji ili iz pozvane funkcije. To znači da se točne upute mogu pozivati ​​uvijek iznova. To znači da se iste mikrooperacije pozivaju iznova i iznova. A ako su iste mikrooperacije potrebne opetovano, mogu se spremiti u predmemoriju. Predmemoriranje mikro-operacija može smanjiti opterećenje dekodera instrukcija, smanjujući potrošnju energije ili pomažući bržem popunjavanju cjevovoda.

Predmemoriju doista treba održavati malom, ali kada se pažljivo upravlja, može joj se pristupiti s jednom latencijom ili čak bez ciklusa. To može biti dovoljno da se spriječi potreba za preuzimanjem 4-ciklusne latencije L1 predmemorije i dolazi bez kazne za promašaj predmemorije.

Zaključak

L0 predmemorija je drugo ime za predmemoriju mikro operacija. Može biti dio modernih CPU-a koji koriste mikrooperacije. Obično sadrži nekoliko tisuća unosa i ima kapacitete navedene u broju unosa, a ne u bajtovima. L0 se može pristupiti brže nego L1, obično s kašnjenjem od 1 ili 0 ciklusa. Predmemoriranje mikro-operacija smanjuje opterećenje dekodera instrukcija, posebno u kodu koji dobro koristi petlje ili funkcije.